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    关 键 词:
    一种 定位 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611238572.9

    申请日:

    2016.12.28

    公开号:

    CN106792537A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):H04W 4/02申请日:20161228|||公开
    IPC分类号: H04W4/02(2009.01)I; H04W4/04(2009.01)I; H04W64/00(2009.01)I; G01S5/16 主分类号: H04W4/02
    申请人: 成都理想境界科技有限公司
    发明人: 王捷
    地址: 610041 四川省成都市高新区天华二路219号2栋1单元1层3号
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611238572.9

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种定位系统,包括:多个定位基站,设置于预设空间中,每个定位基站设置有定位信号发送装置;定位终端,定位终端上设置有摄像头和定位信号接收装置;数据处理设备,与定位终端和多个定位基站相连,用于将定位终端拍摄的环境图像,与预设空间的预存地图进行对比,根据对比结果确定定位终端在预设空间的位置,并根据多个定位基站的拓扑结构,控制距定位终端最近的第一类定位基站对定位终端进行定位。本发明公开的定位系统减少了其他定位基站进行扫描定位时花费的时间,明显降低了延迟,实现了能够较快、较精确地对定位终端进行定位的技术效果。

    权利要求书

    1.一种定位系统,其特征在于,包括:
    多个定位基站,设置于预设空间中,每个定位基站设置有定位信号发送装置;
    定位终端,所述定位终端上设置有摄像头和定位信号接收装置;
    数据处理设备,与所述定位终端和所述多个定位基站相连,用于将所述定位终端拍摄
    的环境图像,与所述预设空间的预存地图进行对比,根据对比结果确定所述定位终端在所
    述预设空间的位置,并根据所述多个定位基站的拓扑结构,控制距所述定位终端最近的第
    一类定位基站对所述定位终端进行定位。
    2.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,所述数据处理设备具体用于根据所述拓
    扑结构,确定距所述定位终端最近的第一类定位基站,并且控制所述第一类定位基站处于
    工作状态,以及控制除所述第一类定位基站之外的其他定位基站处于非工作状态。
    3.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,所述数据处理设备包括存储装置,所述
    存储装置存储有所述预存地图和所述拓扑结构。
    4.如权利要求3所述的定位系统,其特征在于,所述存储装置还存储有所述预存地图和
    所述拓扑结构之间的对应关系。
    5.如权利要求3所述的定位系统,其特征在于,每个定位基站上还设置有惯性测量单
    元,所述惯性测量单元用于监测每个定位基站的位置变化;所述数据处理设备具体还用于
    接收惯性监测单元的反馈数据,并根据所述反馈数据重新确定对应定位基站的位置,重新
    建立所述拓扑结构。
    6.如权利要求3所述的定位系统,其特征在于,所述数据处理设备还用于根据每个定位
    基站对所述定位终端的定位结果,以及在对应时刻通过SLAM技术对所述定位终端进行定位
    的定位结果,将对应的定位基站的坐标系转换为预设坐标系。
    7.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,每个定位基站还设置有定位信号接收装
    置,所述数据处理设备具体还用于依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位,获得
    每个定位基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系,并统计所有定位基站对应的相
    对位置关系,建立所述拓扑结构。
    8.如权利要求1-7中任一权项所述的定位系统,其特征在于,所述定位信号发送装置包
    括:旋转轴;第一激光扫描器,设置于所述旋转轴上;第二激光扫描器,设置于所述旋转轴
    上;第三激光扫描器,设置于所述旋转轴上;
    其中,所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面、所述第二激光扫描器对应的第二扫
    描平面和所述第三激光扫描器对应的第三扫描平面均不垂直于所述第一旋转轴的轴心,且
    所述第一扫描平面、所述第二扫描平面和所述第三扫描平面至少有一个平面不平行于所述
    第一旋转轴的轴心。
    9.如权利要求1-7中任一权项所述的定位系统,其特征在于,所述定位信号发送装置包
    括:旋转轴;第一激光扫描器,设置于所述旋转轴上;第二激光扫描器,设置于所述第一旋转
    轴上;超声波发生器;
    其中,所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面和所述第二激光扫描器对应的第二扫
    描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且所述第一扫描平面和所述第二扫描
    平面均均不垂直于所述旋转轴。
    10.如权利要求1-7中任一权项所述的定位系统,其特征在于,所述定位信号发送装置
    包括:旋转轴;第一激光扫描器,设置于所述旋转轴上;第二激光扫描器,设置于所述旋转轴
    上;磁场发生器;
    其中,所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面和所述第二激光扫描器对应的第二扫
    描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且所述第一扫描平面和所述第二扫描
    平面均均不垂直于所述旋转轴。

    说明书

    一种定位系统

    技术领域

    本发明涉及空间定位领域,尤其涉及一种定位系统。

    背景技术

    虚拟现实(英文:Virtual Reality;简称:VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的
    计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,通过交互式的三维动态视景和实体行
    为的系统仿真使用户沉浸到该环境中,为用户带来超越真实生活环境的感官体验。在视觉
    方面而言,虚拟现实技术利用计算机设备生成虚拟场景的图像,并通过光学器件将图像光
    线传递到人眼,使得用户能够在视觉上能够完全感受该虚拟场景。

    目前,一般还会通过定位基站来实时检测虚拟现实设备的位置变化,从而根据位
    置变化向用户提供相应变化的虚拟场景的图像,从而为用户提供更真实的虚拟现实体验,
    而单一定位基站的定位范围有限,若需要实现在较大范围内的定位,则会通过多个定位基
    站协同来检测虚拟现实设备在定位范围内的位置变化,也即多个定位基站对虚拟现实设备
    进行定位。

    为了保证定位的准确性,多个定位基站一般采用分时的方式对虚拟现实设备进行
    定位,也即首先1号定位基站向四周发送定位信号,接着2号定位基站向四周发送定位信号,
    然后3号定位基站向四周发送定位信号,以此类推,直到所有定位基站都发送一次定位信号
    后,所有定位基站再进行下一轮的定位信号发送动作,也就是说,对位于某一个区域的虚拟
    现实设备而言,假设其仅仅能够接收到一个定位基站发送的定位信号,则其收到定位信号
    的间隔时间与定位基站的数量正相关,定位结果的延迟较大,从而导致虚拟现实设备无法
    及时根据位置变化向用户提供相应变化的虚拟场景的图像,继而影响用户的虚拟现实体
    验。

    因此,现有技术中存在因多个定位基站采用分时的方式对虚拟现实设备进行定
    位,导致定位结果延迟较大的技术问题。

    发明内容

    本发明的目的是提供一种定位系统,以解决现有技术中存在的因多个定位基站采
    用分时的方式对虚拟现实设备进行定位,导致定位结果延迟较大的技术问题。

    为了实现上述发明目的,本发明提供了一种定位系统,包括:

    多个定位基站,设置于预设空间中,每个定位基站设置有定位信号发送装置;

    定位终端,所述定位终端上设置有摄像头和定位信号接收装置;

    数据处理设备,与所述定位终端和所述多个定位基站相连,用于将所述定位终端
    拍摄的环境图像,与所述预设空间的预存地图进行对比,根据对比结果确定所述定位终端
    在所述预设空间的位置,并根据所述多个定位基站的拓扑结构,控制距所述定位终端最近
    的第一类定位基站对所述定位终端进行定位。

    可选地,所述数据处理设备具体用于根据所述拓扑结构,确定距所述定位终端最
    近的第一类定位基站,并且控制所述第一类定位基站处于工作状态,以及控制除所述第一
    类定位基站之外的其他定位基站处于非工作状态。

    可选地,所述数据处理设备包括存储装置,所述存储装置存储有所述预存地图和
    所述拓扑结构。

    可选地,所述存储装置还存储有所述预存地图和所述拓扑结构之间的对应关系。

    可选地,每个定位基站上还设置有惯性测量单元,所述惯性测量单元用于监测每
    个定位基站的位置变化;所述数据处理设备具体还用于接收惯性监测单元的反馈数据,并
    根据所述反馈数据重新确定对应定位基站的位置,重新建立所述拓扑结构。

    可选地,所述数据处理设备还用于根据每个定位基站对所述定位终端的定位结
    果,以及在对应时刻通过SLAM技术对所述定位终端进行定位的定位结果,将对应的定位基
    站的坐标系转换为预设坐标系。

    可选地,每个定位基站还设置有定位信号接收装置,所述数据处理设备具体还用
    于依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位,获得每个定位基站与被其定位的定位
    基站之间的相对位置关系,并统计所有定位基站对应的相对位置关系,建立所述拓扑结构。

    可选地,所述定位信号发送装置包括:旋转轴;第一激光扫描器,设置于所述旋转
    轴上;第二激光扫描器,设置于所述旋转轴上;第三激光扫描器,设置于所述旋转轴上;

    其中,所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面、所述第二激光扫描器对应的第
    二扫描平面和所述第三激光扫描器对应的第三扫描平面均不垂直于所述第一旋转轴的轴
    心,且所述第一扫描平面、所述第二扫描平面和所述第三扫描平面至少有一个平面不平行
    于所述第一旋转轴的轴心。

    可选地,所述定位信号发送装置包括:旋转轴;第一激光扫描器,设置于所述旋转
    轴上;第二激光扫描器,设置于所述第一旋转轴上;超声波发生器;

    其中,所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面和所述第二激光扫描器对应的第
    二扫描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且所述第一扫描平面和所述第二
    扫描平面均均不垂直于所述旋转轴。

    可选地,所述定位信号发送装置包括:旋转轴;第一激光扫描器,设置于所述旋转
    轴上;第二激光扫描器,设置于所述旋转轴上;磁场发生器;

    其中,所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面和所述第二激光扫描器对应的第
    二扫描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且所述第一扫描平面和所述第二
    扫描平面均均不垂直于所述旋转轴。

    本发明实施例中的一个或者多个技术方案,至少具有如下技术效果或者优点:

    由于采用了先根据定位终端拍摄的环境图像与预设空间的预存地图的对比结果,
    确定定位终端在预设空间中的位置,再根据多个定位基站的拓扑结构,控制距定位终端最
    近的定位基站对定位终端进行定位的技术方案,仅通过距定位终端最近的定位基站对定位
    终端进行定位,而无需其他定位基站对定位终端进行定位,所以减少了其他定位基站进行
    扫描定位时花费的时间,明显降低了延迟,从而解决了现有技术中存在的因多个定位基站
    采用分时的方式对虚拟现实设备进行定位,导致定位结果延迟较大的技术问题,实现了能
    够较快、较精确地对定位终端进行定位的技术效果。

    附图说明

    图1为本发明实施例提供的定位系统的??橥?;

    图2A为本发明实施例提供的定位信号发送装置的第一种实现方式的结构图;

    图2B为本发明实施例提供的定位信号发送装置上三个激光扫描器出射的三个激
    光信号的俯视图;

    图2C为本发明实施例提供的定位信号发送装置上第一扫描平面和第二扫描平面
    的位置关系的正视图;

    图2D为本发明实施例提供的定位信号发送装置进行扫描的原理图;

    图3为本发明实施例提供的该定位基站10上定位信号发送装置的第二种实现方式
    的示意图;

    图4为本发明实施例提供的该定位基站10上定位信号发送装置的第三种实现方式
    的示意图;

    图5A为本发明实施例提供的磁场发生器1026第一种实现方式的结构示意图;

    图5B为本发明实施例提供的磁场发生器1026第二种实现方式的结构示意图;

    图6为本发明实施例提供的8个定位基站设置预设空间中的示意图。

    具体实施方式

    下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
    整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例?;?br />本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
    实施例,都属于本发明?;さ姆段?。

    本发明实施例提供了一种定位系统,解决了现有技术中存在的因多个定位基站采
    用分时的方式对虚拟现实设备进行定位,导致定位结果延迟较大的技术问题。

    请参考图1,图1为本发明实施例提供的定位系统的??橥?,如图1所示,该定位系
    统包括:

    多个定位基站10,设置于预设空间中,每个定位基站10设置有定位信号发送装置;

    定位终端20,定位终端20上设置有摄像头和定位信号接收装置;

    数据处理设备30,与定位终端20和多个定位基站10通过有线或者无线相连,用于
    将定位终端20拍摄的环境图像,与预设空间的预存地图进行对比,根据对比结果确定定位
    终端20在预设空间的位置,并根据多个定位基站10的拓扑结构,控制距定位终端20最近的
    定位基站10对定位终端20进行定位。

    在实际应用中,数据处理设备30可以是一个独立的设备,例如数据处理设备30为
    独立的电脑主机、定位终端20为头戴显示器,也可以集成在定位终端20上,例如定位终端20
    为头戴一体机等等,还可以是分体设计,例如,数据处理设备30在物理上被划分为两个部
    分,一部分设置在一个或者多个定位基站10上,另一部分设置定位终端20上,在此不做限
    制。

    可以看出,由于采用了先根据定位终端20拍摄的环境图像与预设空间的预存地图
    的对比结果,确定定位终端20在预设空间中的位置,再根据多个定位基站10的拓扑结构,控
    制距定位终端20最近的定位基站10对定位终端20进行定位的技术方案,仅通过距定位终端
    最近的定位基站对定位终端进行定位,而无需其他定位基站对定位终端进行定位,所以减
    少了其他定位基站进行扫描定位时花费的时间,明显降低了延迟,从而解决了现有技术中
    存在的因多个定位基站采用分时的方式对虚拟现实设备进行定位,导致定位结果延迟较大
    的技术问题,实现了能够较快、较精确地对定位终端进行定位的技术效果。

    在接下来的部分中,将结合具体附图,对上述技术方案进行详细的介绍。

    在具体实施过程中,如图2A-图4所示,定位信号发送装置一般设置在定位基站10
    的底座101上,在实际应用中,定位信号发送装置可以由多种实现方式,多个定位基站上的
    定位信号发送装置的结构可以相同,也可以不相同,在接下来的部分中,将分别介绍定位基
    站10的几种实现方式。

    请参考图2A,图2A为本发明实施例提供的定位信号发送装置的第一种实现方式的
    结构图,如图2A所示,该定位信号发送装置包括:

    旋转轴1021;第一激光扫描器1022,设置于旋转轴1021上;第二激光扫描器1023,
    设置于旋转轴1021上;第三激光扫描器1024,设置于旋转轴1021上。

    在具体实施过程中,第一激光扫描器1022可以通过一个激光发生器发出点激光,
    再通过一字线透镜如柱透镜、鲍威尔棱镜或一字线波浪棱镜等将点激光整形为一字线激
    光,这样,由第一激光扫描器1022出射的一字线激光即形成了第一激光扫描平面,再通过旋
    转轴10212的旋转,实现了对空间的扫描。在另一实施例中,第一激光扫描器1022也可以直
    接通过一字线激光器发出一字线激光,在此就不再赘述了。

    第二激光扫描器1023和第三激光扫描器1024的具体结构与第一激光扫描器1022
    一致,在此就不再赘述了。

    在实际应用中,请继续参考图2B和图2C,图2B为本发明实施例提供的定位信号发
    送装置上三个激光扫描器出射的三个激光信号的俯视图,图2C为本发明实施例提供的定位
    信号发送装置上第一扫描平面和第二扫描平面的位置关系的正视图,如图2B所示,第一激
    光扫描器1022出射的第一扫描线形成第一扫描平面501,第二激光扫描器1023出射的第二
    扫描线形成第二扫描平面502,第三激光扫描器1024出射的第二扫描线形成第三扫描平面
    503,其中,第一扫描线的出射方向与旋转轴的轴心到第一位置的方向不重合,第二扫描线
    的出射方向与旋转轴的轴心到第二位置的方向不重合,第一扫描平面501和第二扫描平面
    502与同一水平面相交时形成的两条交线平行;第一扫描平面501、第二扫描平面502和第三
    扫描平面503均不垂于与旋转轴10212的轴心,且第一扫描平面501、第二扫描平面502和第
    三扫描平面503至少有一个平面不平行于旋转轴的轴心。

    在实际应用中,第一扫描平面501、第二扫描平面502和第三扫描平面503之间的位
    置关系可以有很多种:第一扫描平面501和第二扫描平面502可以相互平行且平行于旋转轴
    1021的轴心,此时第三扫描平面503只要不平行或者垂直于旋转轴1021的轴心即可;或者,
    第二扫描平面502和第三扫描平面503之间可以是上宽下窄的位置关系,也可以是下宽上窄
    的位置关系,此时第三扫描平面503可以平行于旋转轴1021的轴心,也可以与旋转轴1021的
    轴心呈现一定的角度,例如45°、60°等等,当然,第三扫描平面不能垂直于旋转轴1021的轴
    心,在此就不一一详述了。

    理论上来讲,只要第一扫描平面501、第二扫描平面502和第三扫描平面503均不垂
    直于旋转轴1021的轴心,且第一扫描平面501、第二扫描平面502和第三扫描平面503至少有
    一个平面不平行于旋转轴1021的轴心,即能够通过计算这三个平面的交点,确定定位终端
    20在空间中的位置。

    在具体实施过程中,请继续参考图2C,第一扫描平面501与第二扫描平面502可以
    呈现出上宽下窄的位置关系,当然,在另一实施例中,第一扫描平面501与第二扫描平面502
    也可以呈现出上窄下宽的位置关系,在此不做限制。

    需要说明的是,若定位终端20正好位于第一扫描平面501与第二扫描平面502的交
    汇处,则就无法直接通过检测激光扫描信号的方式来确定定位终端20在该处的位置,也即
    图2C所示的第一扫描平面501与第二扫描平面502的位置关系的扫描方式存在盲点。因此,
    为了避免图2C所示的扫描方式存在的盲点,第一扫描平面501和第二扫描平面502可以呈现
    平行的位置关系,这样第一扫描平面501和第二扫描平面502就不会相交,也就不会存在盲
    点,保证了定位结果的准确性。

    如图2A所示,在本实施例中,第一激光扫描器1022、第二激光扫描器1023和第三激
    光扫描器1024设置在旋转轴1021上的同一水平面,也即高度相同,在另一实施例中,第一激
    光扫描器1022、第二激光扫描器1023和第三激光扫描器1024可以设置在在旋转轴1021上的
    不同水平面,也即高度不相同,在此不做限制。

    请继续参考图2D,图2D为本发明实施例提供的定位信号发送装置进行扫描的原理
    图,如图2D所示,定位信号发送装置中的旋转轴1021按逆时针的方向进行旋转,第一扫描平
    面501和第二扫描平面502分别扫描过定位终端20时的平面分别为501’和502’,当然,定位
    终端20上需要设置有光敏传感器,这样,平面501’和平面502’的交线即定位终端20在水平
    方向上的投影,也即确定了定位终端20在水平方向上的投影,同时,根据第三扫描平面503
    扫描过定位终端20时的平面与平面501’或平面502’的相交线,可以获得定位终端20相对于
    基站20的方向向量,该方向向量结合定位终端20在水平方向上的投影,即能够确定定位终
    端20相对于基站20的位置。

    当然了,需要说明的是,由于在确定定位终端20在水平方向上的投影时,是通过第
    一扫描平面501和第二扫描平面502来确定的,所以为了避免因第一扫描平面501和第二扫
    描平面502之间的距离过短,而导致最后计算出的结果存在一定的误差,需要根据实际情况
    将第一扫描平面501和第二扫描平面502之间的距离设置为合适的数值,以满足实际情况的
    需要,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,还可以根据定位基站10发出的三个激光扫描信号,通过其他
    许多不同的数学计算方法来计算定位终端20相对于定位设备基站20的相对位置,例如,可
    以求得第三扫描平面503分别与第一扫描平面501和第二扫描平面502在扫描到定位终端20
    时相交形成的两条交线,再求得两条交线的交点,从而求得从而实现对定位终端20在空间
    中的定位,等等,在此就不再赘述了。

    请参考图3,图3为本发明实施例提供的该定位基站10上定位信号发送装置的第二
    种实现方式的示意图,如图3所示,定位信号发送装置包括:

    旋转轴1021,设置于第一底座101上;

    第一激光扫描器1022,设置于旋转轴1021上;

    第二激光扫描器1023,设置于旋转轴1021上;

    超声波发生器1025,设置于第一底座101上。

    第一激光扫描器1022和第二激光扫描器1023的具体结构在前述部分已经进行了
    详细介绍,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,第一激光扫描器1022和第二激光扫描器1023在旋转轴1021的
    垂直方向上的高度可以相同,也可以不相同,例如第一激光扫描器1022和第二激光扫描器
    1023在旋转轴1021上可以呈一上一下的相对位置,在此不做限制。

    如前述部分介绍的,通过第一激光扫描器1022和第二激光扫描器1023对定位终端
    进行扫描,即能够确定定位终端相对于该定位基站10的方向,同时通过超声波发生器1025,
    即能够确定定位终端相对于该定位基站10的距离,当然,定位终端上需要设置有光敏传感
    器和超声波接收器,这样,将第一激光扫描器1022、第二激光扫描器1023和超声波发生器
    1025结合起来,即能够确定定位终端相对于该定位基站10的位置。

    理论上来讲,只要保证第一激光扫描器1022对应的第一扫描平面和第二激光扫描
    器1023对应的第二扫描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且第一扫描平面
    和第二扫描平面均不垂直于旋转轴,即能够确定定位终端相对于该定位基站10的方向,在
    此就不再赘述了。

    请参考图4,图4为本发明实施例提供的该定位基站10上定位信号发送装置的第三
    种实现方式的示意图,如图4所示,定位信号发送装置包括:

    旋转轴1021,设置于第一底座101上;

    第一激光扫描器1022,设置于旋转轴上;

    第二激光扫描器1023,设置于旋转轴上;其中,第一激光扫描器对应的第一扫描平
    面和第二激光扫描器对应的第二扫描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且
    第一激光扫描器发出的第一扫描线和第二激光扫描器发出的第二扫描线均不垂直于旋转
    轴;

    磁场发生器1026,设置于第一底座101上。

    如前述部分介绍的,通过第一激光扫描器1022和第二激光扫描器1023对定位终端
    进行扫描,即能够确定定位终端相对于该定位基站10的方向,同时通过磁场发生器1026,即
    能够确定定位终端相对于该定位基站10的距离,当然,定位终端上需要设置有光敏传感器
    和磁场传感器,这样,将第一激光扫描器1022、第二激光扫描器1023和磁场发生器1026结合
    起来,即能够确定定位终端相对于该定位基站10的位置。

    理论上来讲,只要保证第一激光扫描器1022对应的第一扫描平面和第二激光扫描
    器1023对应的第二扫描平面扫描到空间中同一点时能够相交成一条直线,且第一扫描平面
    和第二扫描平面均不垂直于旋转轴,即能够确定定位终端20相对于该定位基站10的方向,
    在此就不再赘述了。

    请继续参考图5A,图5A为本发明实施例提供的磁场发生器1026第一种实现方式的
    结构示意图,如图5A所示,磁场发生器1026中的发射线圈优选为三个正交方式固定的圆形
    线圈,在实际应用中,三个线圈可以按预设时序轮流发射具有相同频率的、强度已知的低频
    电磁场,也可以同时发射不同频率的低频电磁场,在此不做限制。请继续参考图5B,图5B为
    本发明实施例提供的磁场发生器1026第二种实现方式的结构示意图,如图5B所示,三个线
    圈为正交方式固定的正方形线圈。

    定位终端上设置的磁场传感器可以是薄膜磁致电阻传感器、磁阻敏感器、电涡流
    式传感器或磁性液体加速度传感器等等,在此不做限制。

    在具体实施过程中,定位基站10上还设置有周期信号发送装置,在实际应用中,周
    期信号发送装置可以是LED阵列或者射频信号发生器。

    在具体实施过程中,请继续参考图2,如图2所示,LED阵列包括多个子阵列2031,每
    个子阵列上上设置有多个LED光源,例如可以是红外光源等等,这样,每个子阵列都能够发
    出红外光等光信号,在定位终端上的光敏传感器接收到该光信号后,即能够以接收到该光
    信号的时间点为起始时间点进行计算,然后根据定位终端上的光敏传感器接收到每个激光
    扫描器发出的激光扫描信号的时间点,即能够确定出定位终端相对于该激光扫描信号对应
    的扫描平面的偏转角度,继而能够和其他信号配合来确定定位终端相对于该定位基站10的
    位置,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,射频信号发生器用于发出射频信号,当然,定位终端20上需要
    设置对应的射频信号接收器,这样,在定位终端上的射频信号接收器接收到该射频信号后,
    即能够以接收到该射频信号的时间点为起始时间点进行计算,然后根据定位终端20上的定
    位信号接收装置接收到定位基站10上定位信号发送装置发送定位信号的时间点,即确定定
    位终端相对于定位基站10的位置,在此就不再赘述了。

    当然,通过本实施例的介绍,本领域所属的技术人员还能够根据实际情况,对上述
    三种实现方式进行调整,以满足实际情况的需要,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,多个定位基站的拓扑结构可以由用户预先设定,也可以由多
    个定位基站自建立,在此不做限制。在本实施例中,将以定位基站具体为8个来进行介绍,请
    参考图6,图6为本发明实施例提供的8个定位基站设置预设空间中的示意图,如图6所示,该
    8个定位基站分别标号为0-7,设置在预设空间中。

    首先介绍由用户确定拓扑结构的过程:可以由用户将该8个定位基站分别设置到
    预先设定的位置上,例如预先设置好0-7号每个定位基站的具体位置,这样,0-7定位基站的
    相对位置关系也确定了,即能够建立起该8个定位基站的拓扑结构。

    再介绍自动确定该8个定位基站的拓扑结构的过程:0-7号每个定位基站都设置有
    定位信号接收装置,定位信号接收装置与定位基站上的定位信号发送装置对应,例如,定位
    信号发送装置采用了三个激光扫描器的方案,则定位信号接收装置可以是光敏传感器,若
    定位信号发送装置采用两个激光扫描器和超声波发生器的方案,则定位信号接收装置可以
    采用光敏传感器和超声波接收器的方案,若定位信号发送装置采用两个激光扫描器和磁场
    发生器的方案,则定位信号接收装置可以采用光敏传感器和磁场接收器的方案。设定每个
    定位基站都具有工作状态、被定位状态和待机状态这3种工作状态,工作状态是指定位基站
    发送定位信号的状态,被定位状态是指定位基站接收定位信号的状态,待机状态是指定位
    基站既不发送定位信号、也不接收定位信号的状态。

    这样,数据处理设备30即能够依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位,
    获得每个定位基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系,再统计所有定位基站对应
    的相对位置关系,从而即能够建立该多个定位基站的拓扑结构。

    具体来讲,以0号基站为第一个定位基站为例,首先,数据处理设备30先向0号基站
    发送进入工作状态的控制信号,同时向除0号定位基站之外的其他定位基站发送进入被定
    位状态的控制信号,这样,0号基站即会通过自身的定位信号发送装置向0号定位基站的定
    位范围发送定位信号,其他定位基站例如1号定位基站若接收到该定位信号,则可以向数据
    处理设备30发送确认信息,确认信号例如可以包括定位基站自身的标志信息、定位信号的
    发送时间和接收时间等等,数据处理设备30即能够根据1号定位基站发送的确认信息,确定
    1号定位基站相对于对其进行定位的0号定位基站的位置;然后,数据处理设备30即能够向1
    号定位基站发送进入工作状态的控制信号,同时向除1号定位基站之外的其他定位基站发
    送进入被定位状态的控制信号,其他定位基站如2号定位基站在接收到1号定位基站发送的
    定位信号后,即会向数据处理设备30发送确认信息,数据处理设备30即能够根据2号定位基
    站发送的确认信息,确定2号定位基站相对于对其进行定位的1号定位基站的相对位置;以
    此类推,直到所有定位基站都收到一次进入定位状态的控制信号并发送定位信号,这样,数
    据处理设备30即能够根据每个定位基站发送的确认信息,确定每个基站与对其进行定位的
    定位基站之间的相对位置关系,然后再统计所有定位基站对应的相对位置关系,即能够建
    立多个定位基站的拓扑结构??梢钥闯?,本发明实施例提供的定位系统根据预设空间的大
    小不同,通过增减定位基站的数量,即能够十分方便地实现对预设空间进行定位的目的,从
    而提高定位系统的适应性。

    在建立多个基站的拓扑结构之后,即能够将其存入到数据处理设备30的存储装置
    中,存储装置可以设置在数据处理设备30本地,也可以设置在数据处理设备30能够连接的
    服务器中,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,若一个定位基站发送的定位信号没有被其他定位基站接收
    到,并且该定位基站也没有接收到其他定位基站发送的定位信号而没有向数据处理设备30
    发送确认信息,也即数据处理设备30能够确定该定位基站不能够对其他定位基站进行定
    位,同时不能够被其他定位基站进行定位时,则数据处理设备30可以生成对应的提示信息,
    以提示用户该定位基站无法被加入到多个定位基站的拓扑结构中,提示信息例如可以通过
    灯光、图像、声音和/或振动等方式对用户进行提示,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,还可以在每个定位基站上设置惯性测量单元(英文:Inertial
    measurement unit;简称:IMU),惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速
    度的装置,可以用于监测每个定位基站的位置变化,例如可以包括三个单轴的加速度计、三
    个单轴的陀螺仪和三轴地磁传感器,当然,可以根据实际情况进行增减,在此不做限制;这
    样,在建立多个定位基站的拓扑结构后,数据处理设备即能够接收惯性检测单元的反馈数
    据,并根据反馈数据计算对应基站的位移数据,重新确定对应基站的位置,重新建立多个定
    位基站的拓扑结构。

    以多个定位基站的0号定位基站为例,在通过设置在0号定位基站上的第一惯性测
    量单元确定0号定位基站的位置发生变化时,如通过第一惯性测量单元确定0号定位基站由
    静止状态变化为运动状态,再由运动状态变化为静止状态,也即数据处理设备30通过第一
    惯性测量单元获取到的反馈数据表明0号定位基站发生了一次运动,则可以通过除0号定位
    基站之外的其他定位基站依次扫描,这样,在检测到某一个定位基站能够扫描到0号定位基
    站时,即能够重新确定0号定位基站的位置,或者通过0号定位基站扫描其他定位基站,在扫
    描到某一个位置已知的定位基站时,即能够反向确定0号定位基站的位置,从而重新确定了
    0号定位基站的位置,这样,在重新确定了0号定位基站的位置后,最后即能够根据重新确定
    的0号定位基站的位置,重新建立多个定位基站的拓扑结构,在此就不再赘述了。

    在另一实施例中,若根据设置于0号定位基站上的第一惯性测量单元的信息,如0
    号定位基站移动而触发第一惯性测量单元生成对应的信息,则确定0号定位基站的位置变
    化信息,例如具体是向哪一个方向移动,移动的大致距离是多少等等,再根据0号定位基站
    的位置变化信息,确定0号定位基站移动后距离最近的定位基站,当然,此处所指距离最近
    的定位基站是指已经确定了位置且加入了拓扑结构的定位基站,在通过距离最近的定位基
    站对0号定位基站进行定位,或者由0号定位基站对距离最近的定位基站进行定位而反向确
    定自己的位置,从而能够重新确定0号定位基站的位置,最后根据重新确定的0号定位基站
    的位置,重新建立多个定位基站的拓扑结构。

    可以看出,在建立多个定位基站的拓扑结构之后,若其中定位基站的位置发生变
    动,则很容易能够确认定位基站变动后的位置,继而对该定位基站进行重新定位,在根据重
    新确定的定位基站的位置,重新建立多个定位基站的拓扑结构,响应速度快,增强了多个定
    位基站的拓扑结构的稳定性。

    在具体实施过程中,数据处理设备30还需要预先建立预设空间的预存地图,具体
    来讲,可以利用摄像头,例如可以是定位终端20上的摄像头,对整个预设空间进行拍摄,从
    而获得预设空间的多张环境图像,再利用SLAM(英文:simultaneous localization and
    mapping;中文:即时定位与地图构建)算法,根据获得的多张环境图像即能够建立预设空间
    的预存地图,并且将预存地图存入数据处理设备30的存储装置中,SLAM算法具体有许多种
    计算方法,本实施例采用的是视觉SLAM,视觉SLAM又可以根据所采用的摄像头不同而分为
    单目摄像头算法、双目摄像头算法和深度摄像头算法等等,本领域所属的技术人员可以根
    据实际情况选择合适的摄像头以及对应的算法,以满足实际情况的需要,另外SLAM算法的
    具体计算过程在本领域中已经较为成熟,在各种论文上都有相关论述,在此就不再赘述了。

    在另一实施例中,还可以预先利用专门的SLAM设备来建立预设空间的预存地图,
    再将建立好的预存地图存入数据处理设备30的存储装置中,供后续使用即可,在此就不再
    赘述了。

    在具体实施过程中,除了通过前述部分介绍的定位基站自建立拓扑结构的方式,
    还可以在数据处理设备30利用定位终端20的摄像头建立预存地图的过程中,也即在摄像头
    拍摄预设空间的环境图像的过程中,此时数据处理设备30根据摄像头所拍摄的环境图像,
    从其中识别出每个定位基站对应的图像,当然了,每个定位基站可以在外壳上设置自身的
    编号信息等标识,以便于数据处理设备30根据标识进行识别,从而能够确定出每个定位基
    站在预设空间中的位置,从而能够建立多个定位基站的拓扑结构,具体来讲,每个定位基站
    上分别在自身的外壳上标注0-7,并且被置在预设空间中,定位终端在拍摄预设空间中环境
    图像的过程中,也会将0-7号定位基站拍摄到环境图像中,以0号定位基站为例,数据处理设
    备30从定位终端所拍摄的预设空间的环境图像中识别出包括0号定位基站的图像,并利用
    SLAM技术确定0号定位基站在预设空间中的位置,以此类推,即能够确定剩下的1-7号定位
    基站在预设空间中的位置,继而根据0-7号定位基站各自在预设空间中的位置,即能够建立
    0-7号定位基站的拓扑结构,在此就不再赘述了。需要注意的是,利用SLAM技术建立0-7号定
    位基站的拓扑结构,对SLAM技术的回环问题的处理会影响所建立的拓扑结构的准确性。

    当然,在数据处理设备30利用定位终端20在SLAM过程中接收定位信号来建立多个
    定位基站的拓扑结构之后,仍然可以通过设置在定位基站上的惯性测量单元来监测每个定
    位基站的位置变化,具体的处理过程在前述部分已经进行了详细的介绍,在此就不再赘述
    了。

    在具体实施过程中,数据处理设备30利用SLAM技术来建立多个定位基站的拓扑结
    构这一方式,由于能够确定每个定位基站在预设空间中的位置,所以能够自动确定拓扑结
    构与预存地图的对应关系,并将其存入数据处理设备30的存储装置中,便于后续步骤根据
    定位终端在预设空间中的位置来确定距其最近的定位基站。

    通过上述两种建立拓扑结构的方式的对比情况可以看出,利用定位终端20在SLAM
    过程中拍摄的环境图像建立多个定位基站的拓扑结构这一方式无需在每个定位基站10上
    设置定位信号接收装置,在一定程度上降低了物理成本,同时还减少了定位基站的结构复
    杂性,便于定位基站的大规模生产制造。

    需要说明的是,在每个定位基站上设置定位信号接收装置,数据处理设备30根据
    每个定位基站对其他定位基站的定位结果来建立拓扑结构这一方式,由于仅能够确定定位
    基站之间的相对位置,而无法确定每个定位基站在预设空间中的位置,所以还需要建立预
    设空间的预存地图和多个定位基站之间的拓扑结构之间的对应关系。具体来讲,在本实施
    例中,可以在建立多个定位基站的拓扑结构之后,在数据处理设备30通过定位终端20拍摄
    环境图像来建立预存地图的过程中,数据处理设备30分时控制每个定位基站发送定位信
    号,这样数据处理设备30即能够在定位终端20接收到定位信号时,确定对应的定位基站相
    对于定位终端20的位置,并且通过定位终端20在对应时刻拍摄的环境图像,确定定位终端
    20在预设空间中的位置,从而反向确定对应的定位基站在预设空间中的位置,继而能够将
    预设空间的预存地图和多个定位基站的拓扑结构对应起来;在另一实施例中,还可以将一
    个或者多个定位基站设置在预设空间中的已知位置,这样在建立多个定位基站的拓扑结构
    之后,也能够将预设空间的预存地图和多个定位基站的拓扑结构对应起来,在此就不再赘
    述了。

    在具体实施过程中,由于通过定位基站10对定位终端20进行定位时,所确定的坐
    标是一个三维坐标,所以,若同一个空间中的多个定位基站10所采用的坐标系不相同,例如
    预设空间中某些因承载定位基站的平面存在倾斜,则设置在该平面上的定位基站所采用的
    坐标系与其他定位基站所采用的坐标系不相同,则会造成定位结果的混乱,尤其在定位终
    端在多个定位基站之间移动时,或者在定位终端20为多个,且定位终端之间会根据位置变
    化信息进行交互时,会影响定位终端之间的交互效果,导致向用户提供的是错误的交互结
    果,从而会极大影响用户体验。

    因此,在本实施例中,数据处理设备30在利用定位终端20通过SLAM建立预存地图
    中接收定位信号来建立多个定位基站的拓扑结构的过程中,根据每个定位基站对定位终端
    的定位结果,以及在对应时刻通过SLAM技术对定位终端进行定位的定位结果,将对应的定
    位基站的坐标系转换为预设坐标系。

    具体来讲,继续以0号定位基站为例,设定定位终端20在0号定位基站的定位范围
    内拍摄预设空间的环境图像,此时,数据处理设备30可以根据定位终端20拍摄的环境图像,
    确定当前时刻定位终端20在预设空间中的位置,也即数据处理设备30能够确定出定位终端
    20在其采用的空间坐标系的位置,同时,数据处理设备30控制0号定位基站向定位终端20发
    送定位信号,在定位终端20接收到定位信号后,即能够确定定位终端20相对于0号定位基站
    的位置,也即数据处理设备30能够确定出定位终端20在0号定位基站所采用的坐标系中的
    位置,这样,数据处理设备30即能够根据定位终端20在其采用的空间坐标系中的位置,以及
    定位终端20在0号定位基站所采用的坐标系中的位置,将0号定位基站所采用的坐标系转换
    为定位终端20所采用的空间坐标系,以此类推,直到将所有定位基站的坐标系都转换为定
    位终端20所采用的空间坐标系,当然,也可以是其他合适的预设坐标系,在此不做限制。

    在另一实施例中,也可以在每个定位基站上设置惯性测量单元后,将每个基站在
    水平放置的状态下的姿态,与设置在定位基站中的惯性测量单元的姿态进行绑定,这样,在
    定位基站设置在预设空间后,读取每个定位基站中惯性测量单元的反馈数据,也能够确定
    对应的定位基站的姿态,从而能够根据拓扑结构,将所有定位基站的坐标系都转换为定位
    终端20所采用的空间坐标系,也可以是其他合适的预设坐标系,在此就不再赘述了。

    当然,在具体实施过程中,数据处理设备30可以调整定位算法中每个定位基站的
    虚拟姿态,使得其采用的坐标系转换为预设坐标系,也可以在将定位基站20设置在一个可
    以调整平面倾斜度的云台装置上后,数据处理设备30通过调整云台装置的倾斜度,使得其
    采用的坐标系与预设坐标系相同,在此就不再赘述了。

    在具体实施过程中,定位终端20上设置有摄像头和定位信号接收装置,摄像头可
    以是普通的RGB摄像头,也可以是深度摄像头,定位信号接收装置根据定位基站所采用的定
    位方式而不同,在前述部分中已经进行了详细的介绍,在此就不再赘述了。

    请继续参考图6,在定位终端20进入预设空间后,数据处理设备30即能够将定位终
    端20的摄像头拍摄的环境图像,与预设空间的预存地图进行对比,从而确定定位终端20所
    在的位置,设定距定位终端20最近的定位基站为0号定位基站,则此时可以数据处理设备30
    即可以仅控制0号定位基站对定位终端20进行定位,而无需其他定位基站对定位终端20进
    行定位,减少了其他定位基站进行扫描定位时花费的时间,可以理解地,在定位终端20为多
    个且分布于不同的区域时,仅仅需要控制对应区域的定位基站对定位终端20进行定位,仍
    然能够在一定程度上减少一些定位基站进行扫描定位时花费的时间,所以明显降低了延
    迟,从而解决了现有技术中存在的因多个定位基站采用分时的方式对虚拟现实设备进行定
    位,导致定位结果延迟较大的技术问题,实现了能够较快、较精确地对定位终端进行定位的
    技术效果。

    本发明实施例中的一个或者多个技术方案,至少具有如下技术效果或者优点:

    由于采用了先根据定位终端拍摄的环境图像与预设空间的预存地图的对比结果,
    确定定位终端在预设空间中的位置,再根据多个定位基站的拓扑结构,控制距定位终端最
    近的定位基站对定位终端进行定位的技术方案,仅通过距定位终端最近的定位基站对定位
    终端进行定位,而无需其他定位基站对定位终端进行定位,所以减少了其他定位基站进行
    扫描定位时花费的时间,明显降低了延迟,从而解决了现有技术中存在的因多个定位基站
    采用分时的方式对虚拟现实设备进行定位,导致定位结果延迟较大的技术问题,实现了能
    够较快、较精确地对定位终端进行定位的技术效果。

    本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥
    的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。

    本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙
    述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只
    是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

    本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的
    新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

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